DE2752496A1 - Fahrzeug-schaltungsanordnung fuer fahrt und unabhaengige nutzbremse - Google Patents
Fahrzeug-schaltungsanordnung fuer fahrt und unabhaengige nutzbremseInfo
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Description
Fahrzeug-Schaltungsanordnung für Fahrt und unabhängige Nutzbremse
Die Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Schaltungsanordnung für Fahrt und unabhängige Nutzbremse (Rekuperationsbremse)
eines Fahrzeugs mit Gleichstrom-Traktionsmotoren mit Gleichstromspeisung und mit Pulssteuerung.
Es gibt einige Fahrzeug-Schaltungsanordnungen mit Pulssteuerung, wobei jedoch meistens außer einer elektrischen
Bremse auch eine vollwertige mechanische Bremse, meistens eine Druckluftbremse, vorgesehen ist.
Falls das Fahrzeug keine mechanische Betriebsbremse hat und die mechanische Bremse nur im Notfall beim Nachbremsen
arbeitet, muß die elektrische Bremse zuverlässig ansprechen und unter allen Betriebsfällen arbeiten, die im
Speiseteil vorkommen, also auch bei Ausfall der Speisespannung, bei Kurzschluß an der Fahrleitung und bei Ausfall
der Verbraucherlast in der gespeisten Strecke. Dabei wird vom Standpunkt der Energieeinsparung und einer
vorteilhafteren Dimensionierung der Bremswiderstände gefordert, daß das Hauptbremsen mittels reiner Nutzbremsung
ausgeführt wird und die Widerstandsbremse lediglich als Hilfsbremse arbeitet, falls die Speisequelle keine Bremsenergie
aufnehmen kann.
Diese hohen Anforderungen bringen eine Reihe technischer Probleme mit sich:
Vor allem können nicht gut Motoren mit Fremderregung in üblicher Schaltung verwendet werden, die sonst für
Pulssteuerung am vorteilhaftesten sind. Soweit deren Erre-
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gerwicklung nur aus der Fahrleitung gespeist wird, können
diese Motoren nicht bei Ausfall der Fahrleitungsspannung erregt werden bei gleichzeitiger Notwendigkeit eines
Bremsens. Falls das Erregen über eine Gleichspannungs-Hilfsquelle,
z. B. eine Fahrzeugbatterie, gespeist wird, muß bei Ausfall der Fahrleitungsspannung die ganze Erregerenergie,
die zum Bremsen des Fahrzeuges erforderlich ist, aus dieser Fahrzeugbatterie entnommen werden. Bei üblicher
Auslegung kann jedoch die Fahrzeugbatterie nicht die erforderliche
Energie liefern, da ihre Größe durch den Raum im Fahrzeug, durch ihr Gewicht sowie Preis und Auslegung
des Ladegeräts beschränkt ist. Auch kann kein kombiniertes Erregen aus der Fahrzeugbatterie und später aus dem Anker
des Fahrzeugmotors benutzt werden, da eine Verbindung der Fahrzeugbatterie mit dem Ankerkreis des Fahrzeugmotors
entweder aus der Speisefahrleitung oder lediglich über Halbleiterbauelemente unzulässig ist. Ferner können auch
keine Reihenschlußmotoren benutzt werden, da sie einen Generatorbetrieb bei niedriger Drehzahl sehr unzuverlässig
einleiten.
Die Forderung nach einer reinen Nutzbremsung im ganzen Geschwindigkeitsbereich schließt die Anwendung eines
Dämpfungswiderstandes aus und bedeutet, die Ankerspannung auch bei höchster Drehzahl niedriger als die Speisespannung
zu halten, was bei üblichem Reihenschalten von zwei Motoren praktisch unmöglich ist.
Das Bremsdrehmoment muß auch bei höchster Drehzahl,
unabhängig vom Wert der Speisefahrleitungsspannung »ein. Fl3 kann somit nicht eine Schaltung mit einet' Ankerdiode
verwendet werden, wo die Abhängigkeit von der iSpe isefahrg
3ehr groß ist.
ti:; i«t daher Aufgabe der Erfindung, die erwähnten
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Probleme und Nachteile zu beseitigen.
Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß
durch die Lehre nach dem Patentanspruch 1 gegeben.
Die Erfindung wird durch die Lehre nach dem Patentanspruch
2 weitergebildet.
Die erfindungsgemäße Fahrzeug-Schaltungsanordnung
für Fahrt und unabhängiges Bremsen mit Cleichstrom-Traktionsmotoren
und Gleichstromspeisung mit Pulssteuerung löst die Probleme, die mit dem Vorsehen einer vollkommen
unabhängigen Bremse und einer geeigneten Fahrtordnung verbunden sind.
Das Schalten der Anker und der Reihenschlußwicklungen in ein Impedanzviereck ist auch für einen Doppelschlußmotor
eine vorteilhafte und bewährte Methode, wo der Übergang von Fahrt zu Bremsen mit einer minimalen Zahl
von Kontakten erzielt wird. Beim Bremsen fließt der gemeinsame Strom jeweils durch einen Anker des einen
Motors und durch die Reihenwicklung der> anderen Motors, was einen zuverlässigen Parallelbetrieb von Generatoren
mit überwiegend Reihenschlußcharakter ist ik ermöglicht.
Kin Motor mit einer Ankernennspannung unter der Fahr Ie i tungunpatmung, was f;in Zustand einer sogenannten
Abwärt??- Trariü format ion i:;t, ermöglicht din Fahrt mit
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Mine genauer«; An ily.se /«»igt, daß optimal ausgelegte
I'r.ik t i on:;motoren , z. Ii. für M ir.s
υ ο π η 111 ο η 11
eine Nennspannung von 300 bis 600 V besitzen, so daß ohne dauernde Transformation bei Auslegung für 300 V, falls
ewei in Reihe geschaltete Motoren vorliegen, oder für
600 V, falls ein Motor an die volle Spannung angeschlossen ist, keine volle Nutzung erfolgt. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit dauernder Abwärts-Transformation erlaubt Motoren mit optimaler Spannung und
damit optimalen Werten von Gewicht und Abmessungen anzuwenden.
Der größte Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß sie eine reine,d.h. vollkommene Nutzbremsung ermöglicht, da es zu einer kritischen Annäherung der Ankerspannung der Oleichstrom-Traktionsmotoren an die Spannung der Speisequelle, wo eine
reine Nutzbremsung undurchführbar ist, nur in Ausnahmsfällen kommt, und zwar bei höchsten Geschwindigkeiten
und niedriger Spannung der Speisequelle. Diese Fälle können allerdings auf irgendeine bekannte Art gelöst
werden, z. B. durch Abschalten des Leitungsschutzes, was zu einem selbsttätigen Ansprechen der Hilfswiderstandbremse führt.
Die (fremderregte) Nebenschlußwicklung, die kontaktgemäß an eine Hilfsgleichspannungsquelle angeschlossen
wird, kann so bemessen werden, daß diese Quelle nur in zulässigem Maß belastet wird. Da bei Ansprechen der Bremse das NacherregerschUtz jeweils angeschlossen ist, wird
ein zuverlässiges Ansprechen der Bremse bis zu niedrigsten Geschwindigkeiten hier ermöglicht. Durch Abschalten des
Nacherregerechützes bei höchsten Geschwindigkeiten wird bei
der Fahrt und beim Bremsen der Gleichstrom-Traktionsmotor geeignet aberregt und so zusätzlich - ohne weiteren Wandler
für das Regeln der Erregung - der schon sehr weite Bereich des Drehmomentes erweitert, was durch die Methode einer
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dauernden Transformation der Ankerspannung ermöglicht wird.
Die Anwendung eines nichtschwingenden Zweiphasen-Pulsstellers mit gemeinsamem Kommutierungskreis bringt
weitere Vorteile. Ein derartiger Pulssteller besitzt keine sogenannte Induktivität erster Schwingung, die bei
einem Pulssteller schwingender Bauart die Spannung am Kommutierungskondensator (Löschkondensator) in eine
Löschpolarität umwandelt. Die Induktivität erster Schwingung ist dann während des Betriebes die größte Quelle
zusätzlicher Verluste in passiven Bauelementen. Deshalb werden schwingende Pulssteller meist nur für das Anfahren
des Fahrzeuges verwendet und arbeiten nicht den größten Teil der Zeit, wenn der Gleichstrom-Traktionsmotor
an die volle Spannung der Speisequelle angeschlossen ist.
Ein nichtschwingender Zweiphasen-Pulssteller mit gemeinsamem Kommutierungskreis erzeugt dagegen keine
zusätzlichen Verluste. Deshalb ist er auch für einen Betrieb mit dauernder Abwärts-Transformation geeignet,
wo ein Pulssteller jeder Art dauernd arbeitet.
Durch Anwendung des erwähnten nichtschwingenden Pulsstellers kommen alle Vorteile der Erfindung zur Geltung.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist sehr einfach und auch kostengünstig.
Ein Auaführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
für Fahrt und unabhängige Nutzbremse eines Fahrzeuges mit Gleichstrom-Traktionsmotoren, Gleichstromspeisung
und Pulssteuerung ist in der aus einer einzigen Figur bestehenden beiliegenden Zeichnung gezeigt.
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Als Traktionsmotoren wird hier ein Paar von Gleichstrom-Doppelschluß
(Kompound- oder Verbund)-Traktionsmotoren verwendet.
Der erste Traktionsmotor hat einen Anker 11, eine
Reihenschlußwicklung 121 und eine Nebenschlußwicklung 122. Der zweite Traktionsmotor hat einen Anker 21, eine Reihenschlußwicklung
221 und eine Nebenschlußwicklung 222. Das Paar der Anker 11, 21 dieser Traktionsmotoren, die in der
Regel an einem Fahrgestell vorgesehen sind, ist mit ihren Reihenschlußwicklungen 121, 221 zu einem Impedanzviereck
geschaltet und während der Fahrt und während des Bremsens an einen Eingangsanschluß 95 eines Pulsstellers (Puls-Gleichstrom-Umrichters)
70 angeschlossen, und zwar mittels eines zweiten Fahrschützes 32 über einen zweiten Anschluß
93 des Paares der Traktionsmotoren und ferner mittels eines zweiten Bremsschützes 3** über einen vierten Anschluß
92, der zwischen dem Anker 21 und der Reihenschlußwicklung 221 des zweiten Traktionsmotors liegt.
Ein erster Anschluß 91 des Paares der Traktionsmotoren ist über ein erstes Fahrechütz 31 an einen ersten
Speiseanschluß 96 der Gleichstrom-Speisequelle 8 angeschlossen,
wobei ein dritter Anschluß 9^ zwischen dem Anker 11 und der Reihenschlußwicklung 121 des ersten Traktionsmotors
über ein erstes Bremsschütz 33 an einen Ausgangsanschluß des Pulsstellers 70 angeschlossen ist, der ferner an einen
zweiten Speiseanschluß 98 der Gleichstrom-Speisequelle ü geschaltet ist.
Dor Pulsnteller 70, der gemäß der beispielweisen
Ausführung in der Zeichnung als Dreiphasen-Pulssteller dargestellt ist, tat mit seinem Eingangsanschluß 95 an
einen gemuinuamen Knotenpunkt geschaltet, der durch drei
verbundene Trenn-Induktionsspulen 61, 62, 63 gebildet wird.
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Kontaktlose Schalter 1Jl, 42, 43, die gleichfalls an einen
gemeinsamen Knotenpunkt angeschlossen sind, sind an den Ausgangsanschluß 97 des Pulsstellers 70 geschaltet. Nulldioden
51, 52, 53 des Pulsstellers 70, die an einen gemeinsamen Knotenpunkt angeschlossen sind, sind an den
ersten Speiseanschluß 96 der Gleichstrom-Speisequelle 8 geschaltet.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Nebenschlußwicklungen
122, 222 beider Traktionsmotoren in Reihe geschaltet und an eine Hilfs-Gleichspannungsquelle
über eine Trenndiode 16 und ein Nacherregerschütz 14 angeschlossen.
Während des Fahrbetriebes fließt der Strom vom ersten Speiseanschluß 96 der Gleichstrom-Speisequelle 8
über das erste Fahrschütz 31 und den ernten Anschluß 91 zum Paar der Traktionsmotoren und weiter über den zweiten
Anschluß 93 des Paares der Traktionsmotoren und das zweite Fahrschütz 32 zum Eingangsanschluß 95 des Pulsstellers 70,
der die Ankerspannung beider Traktionsmotoren steuert. Die Anker 11, 21 der Traktionsmotoren sind bei dieser
Schaltung mit den Heihenschlußwicklungen 121, 221 derart in Reihe geschaltet, daß jeweils durch den Anker und die
Reihenschlußwicklung eines Motors derselbe Strom fließt. Das ernte und das zweite Bremsschütz 33, 3JI sind bei der
Fahrschaltung unterbrochen. FaL is die Traktionsmotoren
überwiegend Reihennchluß-Konniinien aufweinen, int deren
Parallelschaltung während dar Fahrt stabil.
Dif; flebennchlußw ick Innren Ii'?, 222 beider Traktion:;-mntoren
sind am Anfang der. Anfnhrens über drin jrench lonnene
Nachorregerschütz l'l an die H i I Γη-Π ie ichfipannun^siiue I Io
aiii'f.'ücli 1 onsen. Dan Schalten π ine:; Motors in lie i Iu; ermöglicht ,
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die Ankerspannung bis auf hohe Werte zu steuern und so auch während der Fahrt die Spannungsreserve des Motors
auszunutzen, dienonst normalerweise nur zum Bremsen verwendet wird.
Nach Erreichen der vollen Spannung der Gleichstrom-Speisequelle 8 an den Ankern 11, 21 der Traktionsmotoren
ist es möglich, den Strom durch die Nebenschlußwicklungen zu unterbrechen, wodurch der ohnehin große Drehmomentbereich
des Motors weiter erhöht wird.
Beim Bremsen sind die Bremsschütze 33, 3^ geschlossen
und die PahrschUtze 31, 32 offen, so daß der Bremsstrom
jeweils durch einen der Anker 11, 21 eines der Traktionsmotoren und durch die Reihenwicklung 221, 121
des zweiten Traktionsmotors fließt.
Unter der Voraussetzung überwiegender Reihenschluß-Kennlinie
der Traktionsmotoren ist diese Schaltungsanordnung beim Bremsen wieder stabil.
Der Bremsstrom fließt ferner durch den Pulssteller 70, der die Größe des Bremsstromes steuert, und mittels
der Nulldioden 51, 52, 53 wird die Bremsenergie in die Gleichstrom-Speisequelle 8 geleitet, wobei die erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung nicht die Aufgabe löst, wie die Bremsenergie bei Ausfall dor Oleichstrom-Speisequelle
8 oder boi Verlust der Abnahme zu vernichten ist. Das kann &emäß einer von für sich bekannten Schaltungsanordnungen
geschehen, z. B. durch eine Kombination eines kontaktlosen Thyristorschalters und einen Widerstandes, die
an die Gleichstrom-Speisequelle 8 parallelgeschaltet sind.
Die fremderregten Wicklungen 122, 222 sind zu Beginn des Bremsens über das Nacherregerschütz 1Ί an die
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Hilfs-Gleichspannungsquelle 7 angeschlossen, wodurch
ein zuverlässiges Ansprechen des Bremsens auch bei niedrigsten Drehzahlen der Traktionsmotoren ermöglicht
wird. Bei hohen Drehzahlen können die Nebenschlußwicklungen 122, 222 wieder abgeschaltet werden.
Die Anwendung eines Motors in Reihenschaltung ermöglicht eine reine Nutzbremsung auch bei hoher Ankerspannung.
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Claims (2)
1.) Fahrzeug-Schaltungsanordnung für Fahrt und unabhängige Nutzbremse eines Fahrzeuges mit Gleichstrom-Traktionsmotoren,
Gleichstromspeisung und Pulssteuerung, »dadurch gekennzeichnet,
daß ein Paar Gleichstrom-Doppelschluß-Traktionsmotoren mit Reihenschlußwicklung (121, 221) und Nebenschlußwicklung
(122, 222)
mit ihrem ersten Anschluß (91) über ein erstes
233-(S92O6)-HdSl
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Fahrschütz (31) an einen ersten Speiseanschluß (96) einer Speisequelle (8) angeschlossen ist, deren Nennspannung
größer als die\Nennspannung der Anker (11, 21)
der Gleichstrom-Traktionsmotoren ist,
daß über den ersten Anschluß (91) des Paares der Gleichstrom-Traktionsmotoren der Anker (11) des ersten
Traktionsmotors an die Reihenschlußwicklung (221) des zweiten Traktionsmotors und über einen zweiten Anschluß
(93) des Paares der Gleichstroin-Traktionsmotoren die Reihenschlußwicklung
(121) des ersten Traktionsmotors an den Anker (21) des zweiten Traktionsmotors angeschlossen
ist,
daß der zweite Anschluß (93) des Paares der Gleichstrom-Traktionsmotoren
über ein zweites Pahrschütz (32) an den Eingangsanschluß (95) eines Pulsstellers (70)
angeschlossen ist,
dessen Ausgangsanschluß (97) an einen zweiten Anschluß (98) der Speisequelle (8) und über das erste Pahrschütz
(33) auch an einen dritten Anschluß (94) zwischen dem Anker (11) des ersten Gleichstrom-Traktionsmotors und
dessen Reihenschlußwicklung (121) angeschlossen ist,
daß ein vierter Anschluß (92) zwischen dem Anker (21) des zweiten Gleichstrom-Traktionsmotors und dessen Reihenschlußwicklung
(221) über das zweite Bremsschütz (34) an
den Eingangsanschluß (95) des Pulsstellers (70) geschaltet ist, und
daß die Nebenschlußwicklungen (122, 222) beider Gleichstrom-Traktionsmotoren
über ein Nacherregerschütz (14) und eine Trenndiode (16) an eine Hilfs-Gleichspannungsquelle (7)
angeschlossen sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
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■.-itGlNAL INSPECTED
daß der Pulssteller (70) ein nichtschwingender Zweiphasen-Pulssteller mit gemeinsamem Kommutierungskreis ist.
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